[发明专利]一种基于生物脱硫的酸性硫酸盐有机废水综合处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体地，本发明涉及一种基于生物脱硫的酸性硫酸盐有机废水综合处理装置及方法。

背景技术

硫酸和亚硫酸是一种重要的化工原料，广泛应用于造纸制浆、农业化肥、微生物发酵等领域，由此产生了大量酸性硫酸盐有机废水，其中造纸行业污染物排放量仅次于化工行业，废水排放量为31.8亿吨，占全国工业废水排放量的16.1％，COD排放量的148.8万吨，占全国COD排放量的33％。以酸性亚硫酸法制浆废水为例，pH值为12～2.0，COD为500～2000mg/L，SO₄^2-和SO₃^2-总浓度达1000～3000mg/L。而典型的抗生素废水，其硫酸盐含量一般均在2000mg/L以上，有的甚至高达15000mg/L。此外，石油资源日益枯竭，以农业秸秆等生物质为原料生产有机酸醇等化学品的生物炼制技术已受到世界各国高度重视，被认为是替代石油化工的唯一出路。稀硫酸预处理法是生物质预处理的主要方法，由此也会产生大量的酸性硫酸盐有机废水。

目前，生物法厌氧消化工艺是处理有机废水主要方法。与物理化学方法相比，生物法厌氧消化工艺具有处理效果好、维护操作成本低、无二次污染等特点。经过厌氧消化，COD转化为清洁能源沼气，产生的污泥是优质有机肥。然而，厌氧消化工艺对废水pH值及SO₄^2-和SO₃^2-总浓度有着严格的要求。厌氧消化工艺中的微生物主要是厌氧产甲烷菌和硫酸盐还原菌，这两类微生物的耐受pH范围窄。只有当pH6.5～7.5时，系统处于稳定状态，COD和硫酸盐的脱除率达到98％以上。此外，SO₄^2-和SO₃^2-被硫酸盐还原菌还原为S^2-，S^2-对产甲烷菌有很强的毒性。产甲烷菌耐受S^2-浓度为25mg/L，并且硫化物的毒性随pH值降低而增强。基于以上原因，酸性硫酸盐有机废水不能被常规生物法厌氧消化工艺处理。

现有酸性硫酸盐有机废水处理方法主要有：酸碱中和法，先加碱将废水的pH值调至中性或微偏碱性，再采用传统厌氧消化法处理。两相厌氧消化工艺，将传统厌氧消化体系中产酸相和产甲烷相分离，分两个阶段进行。第一阶段，大分子底物被降解为低级脂肪酸，SO₄^2-和SO₃^2-被还原为S^2-。出水经脱S^2-装置脱除S^2-，多采取气脱或重金属沉淀法。第二阶段，利用产甲烷菌进行厌氧产甲烷发酵，主要产物为甲烷。惰性气体内吹脱法，将甲烷吹入厌氧消化体系，把生成的S^2-以H₂S形式吹出，降低体系中S^2-的浓度。投放硫酸盐还原菌抑制剂，如钼酸盐，抑制硫酸盐还原菌的活性，减弱S^2-的产生浓度。然而，上述方法仅能在一定程度上缓解硫酸盐对厌氧消化工艺的影响。控制pH值要随时监测，并精确控制在很窄的范围内，药剂用量大，设备要求高，运行费用高。对于两相厌氧消化工艺来说，当硫酸盐浓度较高时，第一阶段S^2-的积累也会对产酸菌和硫酸盐还原菌产生抑制，影响硫酸盐脱除效果。气体吹脱的效果受体系pH值影响。pH值越高，S^2-转化为H₂S越困难，气体吹脱的效果越差。投放抑制剂不但增加了水处理成本，而且抑制硫酸盐还原菌的同时，也抑制了产甲烷菌的活性，COD脱除率和甲烷产量也显著降低。硫酸盐产生的硫化物是厌氧消化处理硫酸盐有机废水的关键限制因素，但是硫化物也是主要硫磺的来源。硫磺是一种重要的化工原料，全球天然硫磺产量很少，我国几乎没有天然硫磺矿，绝大部分硫磺来源于石油和天然气加工过程中产生的硫化物中回收硫，回收硫磺产量已占世界硫磺产量96％以上。生物脱硫技术是一种利用硫氧化菌将硫化物转化为单质硫的技术。与化学脱硫相比，生物脱硫具有反应条件温和、能耗低、转化率高等特点，并且生成的生物硫磺的颗粒为纳米级，具有良好生物亲和性与亲水性，是医药和农药生产最佳的原料。